超大型船舶在泊安全细节问题分析忻永恩（宝山钢铁股份有限公司 运输部，上海，00）摘要：针对目前运输船舶大型化迅猛发展的现状，确保船舶系泊的安全对深水码头而言至关重要。船舶的科学设计直接关系到船舶的系泊安全，因此采用实证分析的方法，以超大型船舶的系泊细节问题为切入点，就防止船舶在泊断缆及适卸的问题进行探讨，尝试提出解决方案，为大型船舶系泊安全设计优化提供参考。关键词：港口；超大型船舶；安全系泊；优化措施0引言近几年，运输船舶大型化的趋势发展迅猛，推动港口向“开敞、深水、大吨位”的方向发展，以充分发挥深水港、深水航道的优势，最大限度地提高船舶载重量，降低运输成本。目前，大型船舶的设计建造具有智能、绿色、环保、节能、安全等特点，但在设计时对大型船舶所接靠码头的技术状况、自然水文条件、港口的习惯做法等考虑较少，存在安全隐患。1船舶大型化发展趋势船舶是一种建设复杂、投资较大、使用期长的水运工具，它受到使用年限、服务对象、作业条件的制约。自20世纪70年代初好望角型散货船的兴建起，船舶等级已发生重大变化，载重量从最初的12万~15万吨级发展到20万~30万吨级，开始打造40万吨级“Valemax”型运输船队。大型船舶建造发展历程及其优缺点见表1。巴西淡水河谷基于降低海运成本、抢占亚洲铁矿石市场，尤其是中国铁矿石市场的原因，计划分3步打造“Valemax”型超大矿砂船船队，推动运输船舶大型化的迅猛发展。至，巴西淡水河谷公司投用85艘“Valemax”型船舶，大大降低巴西矿的运输成本，保证稳定供应。自年中开始，已经多年没有订造新船的铁矿石巨头巴西淡水河谷连续投放大量新船订单，打造35艘40万吨级超大型矿砂船船队。3月30日，其订造的第1艘40万吨级矿石船“Vale Brazil”号交付使用。以来，巴西淡水河谷先后与山东海运股份有限公司、中国远洋控股股份有限公司、招商局能源运输股份有限公司等签署战略合作及包运协议。7月2日，交通运输部和国家发展改革委联合印发《关于港口接靠40万吨矿石船有关问题的通知》，明确我国港口接靠40万吨级矿石船相关政策，并在全国4个港区布局7个可接靠泊位。7月4日，40万吨级矿石船“远卓海”号获准靠泊青岛董家口矿石码头，正式拉开我国接靠“Valemax”型超大矿砂船的运营序幕。，巴西淡水河谷又下30艘40万吨级新船的订单，目前已投运24艘，届时有65艘“Valemax”型超大矿砂船用于巴西—中国航线的铁矿石运输。初，巴西淡水河谷公司再次开始新一轮船队更新的计划，采用浅吃水设计，设计船舶总长340 m，船宽62 m，结构吃水21.4 m，载重量在32.5万~36.5万t，数量20艘，这是根据货主的需求变化，从而要求船型的设计和选择须满足不同的需求（如安全性、灵活性等），同时最大限度地降低运输成本。自开始，澳大利亚也根据西澳大利亚港口最大装卸能力设计打造“Wozmax”系列矿砂船，该船舶总长330 m，船宽57 m，结构吃水18 m，载重量25万t。FMG公司投放4艘载重量26.1万t矿砂船的订单，已全部交付。可见近10 a内，为降低远洋运输成本，巴西和澳大利亚都在打造适宜本港口最大装卸能力的船队。2大型深水码头安全系泊分析港口岸线作为海洋资源重要组成部分，是国家宝贵的不可再生资源，稀缺性特点非常明显。由于我国持续30 a的建港高潮，易利用的近岸岸线资源已基本开发，但为满足运输船舶大型化发展趋势，岸线的深度开发和有效利用成为必然。随着建设的码头泊位等级越来越大，掩护条件较为理想的岸线海湾资源越来越少。为适应船舶大型化的需要、降低码头造价以及缩短建设工期，码头常建设在天然水深或稍经疏浚而没有人工掩护设施的水域，这种码头称为开敞式码头，其稳泊的条件直接关系到船舶的系泊安全，对港口、船舶的安全起着至关重要的作用。因此，大型深水开敞式码头的稳泊管理显得十分重要。2.1船舶稳泊安全管理工作构架船舶稳泊安全是大型深水码头管理的一项重要工作。所谓“稳泊”，就是码头能根据气候、水文等条件，给不同类型船舶的在泊安全提供基本的保障，并能根据卸载作业、潮汐变化等情况及时采用有效的调整方法，保证在泊船舶的稳泊安全。有效的稳泊操纵系统可以看做是人、船、环境构成的闭环系统，即从事码头管理稳泊工作的人员克服外界环境条件的影响来完成所设定的泊稳目标，这是先进科学管理能力的体现。船舶稳泊安全管理工作架构见图1。
2.2扰动系泊船舶安全的主要因素分析2.2.1自然因素停靠在港口内的船舶不可避免地受到现场条件和海洋因素的影响，从而形成稳泊的不稳定因素。船舶在风力、潮流、海浪等自然环境因素作用下产生震荡，包括6个自由度的运动，即纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和艏摇（即通常所说的纵移、横移、升沉、横摇、纵摇和回转）；由于开敞式码头外海传来的涌浪会造成在泊船舶失去平衡产生较大幅度的运动，这对船舶稳泊安全威胁最大。在瞬间钝力的作用下，受力不均的缆绳容易破断；此外减载或空载船舶吃水浅、自固力差，在涌浪的作用下更容易产生纵摇、横摇、垂荡的现象，系带的缆绳由于仰角大，与导缆桩底座或舷墙边缘产生磨点，在涌浪的作用下缆绳相继磨断。船舶的系缆是一个整体受力格局，若受涌浪、急流等影响，单根缆绳破断也极有可能导致整体布缆受力失衡而产生联锁反应，导致稳泊险情的发生。断缆率是直接影响船舶稳泊安全的关键因素。断缆率越高，对码头的安全威胁就越大，对在泊船舶的安全保障就越小，码头海域的自然因素影响是产生断缆的主要因素。2.2.2船舶甲板设施设计根据《海港总体设计规范》（JTS165—），流差大的深水码头高程较高。大型船舶满载靠泊码头，水面以上干舷高度一般在7~8 m，主甲板与码头面平行或低于码头面，造成系缆角度呈“下吊状”，与码头面夹角偏小，而座式导缆孔部位无防跳杆或防跳杆设置过高，造成缆绳收紧后跳出滚轮槽碰坏甲板栏杆，如果系缆作业人员在甲板站位不合理，将被跳出的缆绳击打，为避免事故发生，船方往往在靠泊后暂时降低系缆力，待船舶上浮后再调整收紧。目前，船舶的导缆装置一般有巴拿马型导缆孔、座式滚轮导缆孔和滚柱式导缆孔等3种。经现场实践总结，导缆孔没有合理设置对系泊缆绳同样造成磨损，严重的造成磨断。不同型式的导缆装置优缺点见表2。座式滚轮导缆器缺陷造成缆绳磨损见图2。滚柱式导缆器缺陷造成缆绳磨损见图3。
目前，部分大型深水码头为给到港大型船舶提供稳泊安全保障，在码头面不同排架处设置系缆车增加系缆力，以此提高在泊船舶的系泊能力，这已经成为大型外海开敞式码头提高稳泊安全的有效措施之一。但由于部分船舶的导缆孔偏少，现场只能根据船舶钢缆柱的使用规定（SWL）配置码头系缆车的缆绳数量，安全措施受到一定限制。此外，船上的缆绳和码头面绞缆车的缆绳在多根同时穿过同一导缆孔时，缆绳间的相互摩擦也会造成磨损。以上船舶甲板设计的细小缺陷是产生断缆的主要因素之一。2.2.3人员管理受潮汐涨落和装卸货作业进度影响，系泊船舶产生上下起伏运动，从而改变系泊缆绳的受力状态。对此，必须通过适当地调整缆绳预拉力来保证所有系缆最大限度地分担负荷，并限制船舶离当或沿泊位运动。船舶及码头均有一定的要求及规范，故不做论述。2.3系泊船舶断缆原因初步分析2.3.1理论分析缆绳都有其固定的设计安全强度，也称使用强度，是指缆绳在安全范围内所能承受的拉力。但计算系缆破断力时并未结合现场实际工况，例如缆绳的新旧和损伤程度及曝晒时间、缆绳插接后的强度变化、缆绳打结后的强度变化等，因此其系缆破断力往往低于额定值。2.3.2实际工况分析
在同等的条件下，同方向不同材质的缆绳外张处在破断临界状态时，容易发生断缆。
卸货过程船体不断上浮，在横荡、纵荡、垂荡等非静止状态下，缆绳无法达到均衡受力。
缆绳使用后往往有不同程度磨损，缆绳的松紧依靠人为判断，在调整缆绳预拉力时不可能保证所有系缆最大限度地分担负荷。
船舶随着减载船体上升，系缆角度随之发生改变，缆绳与船体舷墙边沿摩擦，在涌浪季节缆绳非常容易磨断，几乎所有的船舶结构类型都是如此。
船舶设备所承受系缆力无法抗拒强流的冲击，船体迅速外张至缆绳破断临界点相继破断。
现场实际布缆不合理，缆绳长度不一、带缆角度不合理造成摩擦点。
3优化措施及建议为抵抗已知的外界负荷，最有效的布缆方式是使缆绳取向与负荷方向相同，这在理论上意味着应该使系缆的取向与外界作用力方向相同。但这种系泊方式缺乏灵活性，不能适应不同方向的外界负荷与码头上系缆点的不同配置。由于各码头有自己独特的水文特点，所以对于主缆和辅助缆的具体划分应视实际作业情况而定。例如某些外海开敞式深水码头，其辅助缆的作用已超出辅助范围，与主缆关系更密切，同时也起到主缆的作用。因此，各码头需要经过现场反复实践，形成一套适宜本码头的系缆方案和管理要求。上述扰动系泊船舶安全的因素已经客观存在，目前运营的船舶在进坞修理时，可以对现有导缆装置存在的缺陷进行临时处理。对还在船厂建造的或正在设计的船舶，考虑对导缆器的设计进行改进，建议如下：
在艏、艉部各增加1~2个系缆钢柱，以满足现有各大型深水码头岸用绞车设备的缆绳系带要求。
对船舶各出缆部位的导缆装置进行合理分布，避免各导缆装置使用不合理造成的缆绳磨损。
在座式滚轮导缆器出缆口处增加小型卧式滚柱，避免船体上浮缆绳直接与舷边摩擦而造成的缆绳磨损。
对现有滚柱式导缆器进行优化，由四滚柱变为五滚柱，避免内舷侧缆绳与导缆器框架接触而造成缆绳磨损。
在座式滚轮导缆器顶面增加缆绳防跳装置，防止缆绳从滚轮内滑脱击伤作业人员。座式滚轮导缆器无缆绳防跳装置见图4，座式滚轮导缆器增加缆绳防跳装置见图5。
建议在绞缆机系统内增加缆绳力矩测量、显示的设备，为缆绳保持均匀受力建造智能化平台。
针对目前运营的大型船舶存在的系泊细节问题，各码头只有从合理系泊布缆、过程检查、调整等方面进行管控。此外，已建造运营、载重量32.6万t的SAO DIANA轮a，其尾舱后部与驾驶台之间的间距小且驾驶台平面凸出，在现场作业时，桥式抓斗卸船机容易造成船机相撞事故。为避免发生上述事故，卸船作业只能退出到安全位置，导致空舱作业量大幅增加，该问题急需引起相关船舶设计的重视，优化巴西淡水河谷公司建造的载重量为32.5万~36.5万t的浅吃水船型。桥式卸船机现场作业的船机相撞风险见图6。
4结语大型船舶的细节缺陷问题，对于船舶、人员、海洋环境都可能产生重要的安全影响，不容忽视。
